Laboratoř kardiovaskulární biomechaniky

Laboratoř kardiovaskulární biomechaniky

Biomechanika obhov soustavy Biomechanika a biomaterily Luk 2009 Horn Laborato biomechaniky lovka stavu mechaniky, biomechaniky a mechatroniky Fakulta Strojn VUT v Praze Autorsk prva V tto prezentaci jsou pouity obrzky z rznch zdroj. Byly-li obrzky zskny z internetu a jejich autoi njakm zpsobem omezili autorsk prva, je vdy u obrzku vyznaeno URL zdroje a odkaz na licenn mluvu (nejastji GFDL nebo CC), kterou se d distribuce tchto obrzk. Obsahuje-li obrzek jen URL, jde o obrzek na kter se nevztahuj dn omezen. Obrzky oznaen v pravm hornm rohu tmto logem vznikly na pracoviti autora. Tyto obrzky je mono dle it za tchto podmnek: 1. nesm bt nijak upraveny krom zvten nebo zmenen 2. v jejich blzkosti mus bt vdy iteln umstn tento text: Tento obrzek vznikl jako vsledek vzkumu a vvoje v Laboratoi biomechaniky lovka stavu mechaniky, biomechaniky a mechatroniky Fakulty strojn VUT v Praze. V tto prezentaci jsou vyuity vsledky, kterch bylo dosaeno pi vzkumu a vvoji v Laboratoi biomechaniky lovka stavu mechaniky, biomechaniky a mechatroniky Fakulty Strojn VUT v Praze. Tento vzkum je podporovn vzkumnm zmrem MMT Transdisciplinrn vzkum v oblasti biomedicnskho inenrstv II MSM6840770012; a grantem GA CR Materilov

vlastnosti il a jejich remodelace GA106/08/0557 . vod do fyziologie a anatomie Fyziologie a anatomie OS Obhov soustava Krevn obh dvousmrn Mzn obh vysoko a nzkotlak st jednosmrn Commons:Reusing content outside Wikimedia Schma lymfatickho obhu Schma krevnho obhu

Commons:Reusing content outside Wikimedia Fyziologie a anatomie OS Mozek Q =13% Vo2=23% Vny 64% Plce 9% Rozdlen objemu krve v % Qzsoben orgnkrv v % minutovho srdenho vdeje (v klidu, cca 5.5l pro 70kg) Plcnice 3.3/1.3kPa Srdce v diastole 64% Aorta 16/10.7kPa Kapilry 5% Velk artrie

7% Levkomora Prav komora Mal artrie 8% Plicn (mal) obh J tra a trvc stroj Q =24% Vo2=20% Nzkotlak systm (zsobovac funkce) Tln (velk) obh VO2spotebaO2 orgny v % celkovspoteby (0.25l/min) Rozdlen odporu eitv % Velk artrie

a arterioly 47% Kostern svalstvo Q =21% Vo2=20% Velk artrie 19% Kapilry 27% Vny 7% Vysokotlak systm (zsobovac funkce) Ledviny Q =20% Vo2=7% Koronrn cvy, ke, Fyziologie a anatomie OS Krev Krevn stice koloidn roztok (suspenze) krevn plazma (H2O, blkoviny, soli,)

stice - erytrocyty, trombocyty, leukocyty krevn plazma je nositelem elektrickho nboje a dipl Funkce krve erytrocyt http://www.britannica.com/EBchecked/topic-art/720793/94920/Red-blood-cellstrapped-in-a-mesh-of-fibrin-threads Link pro ukzku spoutn erytrocyt fibrinovmi vlkny pi koagulaci krve transport! O2, stopov prvky, glukza, metabolity, CO2, kyselina mln (imunitn) buky, teplo leukocyt trombocyt Commons:Reusing content

outside Wikimedia Fyziologie a anatomie OS GNU Free Documentation License Srdce dut svalov orgn sriov zapojen dv membrnov erpadla prav/lev s a komora endokard, chlopn, myokard, epikard, likvor, perikard GNU Free Documentation License GNU Free Documentation License Autor: MesserWoland Histologick ez myokardu Lidsk srdce Legenda 1. Superior Vena Cava 2. Pulmonary Artery 3. Pulmonary Vein

4. Mitral Valve 5. Aortic Valve 6. Left Ventricle 7. Right Ventricle 8. Left Atrium 9. Right Atrium 10. Aorta 11. Pulmonary Valve 12. Tricuspid Valve 13. Inferior Vena Cava Fyziologie a anatomie OS Funkce srdce genertor pohybu krve (hlavn) Srden akce EKG asov souslednost mezi EKG, tlaky v aort a komorch, prtokem a srdenmi ozvami Pvodn obrzek odstrann z dvodu

ochrany autorskch prv. Vyuijte nsledujc odkazy: http://www.physiome.cz/atlas/ http://www.eamos.cz/amos/kbf/modules/low/kurz_text.php?identifik= kbf_1526_t&kod_kurzu=kbf_1526&id_kap=1&startpos=5 Vyuijte link pro popis srden akce + synchronizace s EKG zznamem a vysvtlen zpsobu zznamu EKG http://www.nhlbi.nih.gov/health/dci/Diseases/hhw/ hhw_pumping.html http://library.med.utah.edu/kw/pharm/hyper_heart1.html Cvy tepny vs. ly Fyziologick a aterosklerzo u postien

cva Stna elastick tepny (transverzln) Porovnn mezi prepartem ly a tepny Pevzato z http://www.pathguy.com/histo/000.htm Dal zajmav odkaz http://pathology.mc.duke.edu/research/PTH225.html Pevzato z http://www.pathguy.com/histo/000.htm Pevzato z elastick cvy vs. svalov http://www.nhlbi.nih.gov/health/dci/Diseases/Cad/CAD_WhatIs.html Fyziologie a anatomie OS

Fyziologie a anatomie OS Cvy http://www.biosbcc.net/ doohan/sample/htm/ vessels.htm Penos tepla a psoben vnjho prosted Strnka obsahuje pkn obrzek svalov pumpy, ili vlivu okoln tkn na zaten cvy. Obdobn je zaten okoln tkn teba uvaovat u vnitch cv umstnch do rytmicky pracujcho sdrce. K emu je dobr biomechanika?

Inenrsk aplikace Inenrsk biomechanika Konvenn technologie Biotechnologie Vpoetn simulace Inenrsk aplikace Konvenn technologie Typickm pkladem vyuit konvennch technologi jsou pvodn kulikov a diskov uml srden chlopn Pouijte odkaz a podvejte se na lnek o historii a vizch vvoje nvrhu uml srden chlopn. http://www.vesmir.cz/clanek/nechirurgicke-nahrady-aupravy srdecnich-chlopni Pvodn obrzek odstrann z dvodu ochrany autorskch prv. Vyuijte odkazy.

Inenrsk aplikace Konvenn technologie Jinm pkladem jsou cvn nhrady Podvejte se na lnek na webu Nemocnice na Homolce http://www.aorta.cz/index.php?show=page&id=29 Odkaz na web eskho vrobce cvnch nhrad. http://www.vup.cz Pvodn obrzek odstrann z dvodu ochrany autorskch prv. Vyuijte odkazy. Inenrsk aplikace http://en.wikipedia.org/wiki/Coronary_stent http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PTCA_stent_NIH.gif Creative Commons Attribution ShareAlike 2.5

Autor: Frank C. Mller Dalm pkladem jsou stenty. Jde o mal drtn kostiky, kter vyztu cvu v mst jejho zen. Mohou bt vybaveny povrchovou vrstvou schopnou emitovat farmaka. Implantace stentgraftu (kombinace protzy a stentu). http://www.nhlbi.nih.gov/health/dci/Diseases/arm/arm_treatments.html Konvenn technologie Inenrsk aplikace Biotechnologie Pkladem biotechnologi mohou bt chlopenn nhrady pipraven z hovzho perikardu. Obdobnm zpsobem lze vytvit i cvn nhrady Pvodn Podvejte se na lnek o chlopennch nhradch na strnkch Kardiocentra IKEMu http://www.ikem.cz/www?docid=1004155 obrzek odstrann z

dvodu ochrany autorskch prv. Vyuijte odkazy. Inenrsk aplikace Vpoetn simulace interakce stent-cva a stentbalnek Pkladem aplikace biomechaniky jsou nejenom konkrtn produkty, ale teba i vpoetn simulace smujc k terapeutickch lebnch postup. Pklady simulac jsou pevzaty z pracovit prof. GA Holzapfela - Institute of Biomechanics Graz University of Technology http://www.biomech.tugraz.at/people/gerhard_holzapfel Z dvodu ochrany autorskch prv zde mohu umstit pouze odkazy na publikace, nikoliv obrzky z publikac samotnch. Kiousis, D.E. Wulff, A.R. Holzapfel, G.A. (2009) Experimental studies and numerical analysis of the inflation and interaction of vascular balloon catheter-stent systems.

Annals of Biomedical Engineering, 37(2):315-330 G.A. Holzapfel, M. Stadler and T.C. Gasser (2005) Changes in the mechanical environment of stenotic arteries during interaction with stents: Computational assessment of parametric stent designs. ASME Journal of Biomechanical Engineering, 127:166-180, 2005. Vpoetn simulace napojovn koronrnho bypassu Jinm pkladem aplikace biomechaniky je simulace pipojen koronrnho bypassu (e se loha o optimalizaci geometrie napojen a optimalizaci mechanickch vlastnost graftu pro dosaen stavu napjatosti a deformace stny a proudn krve blzkch fyziologickm hodnotm). F. Cacho, M. Doblar and G.A. Holzapfel (2007) A procedure to simulate coronary artery bypass graft surgery. Medical and Biological Engineering and Computing, 45:819-827 http://en.wikipedia.org/wiki/Coronary_artery_bypass_grafting http://www.youtube.com/watch?v=3Nf6Q2skGOM http://www.britannica.com/EBchecked/topic-art/138255/94948/ Double-coronary-artery-bypass-surgery-showing-the-grafting-of-a NHS Choices terms and conditions ttp://www.nhs.uk/Conditions/Coronary-artery-bypass/Pages/How-is-it-performed.aspx

Inenrsk aplikace Biomechanika elastick cvy Ilustran pklad Biomechanika elastick cvy Historie podmiujc stav (aktivace SMC) Funkce Vk Patologi e Vnitn struktura cvy Vnj zaten Mechanick odezva

Biomechanika elastick cvy Vnj zaten Penos tepla a psoben vnjho prosted Samozejm e pi posuzovn mechanickho chovn cvy je teba uvit i aktivn vlastnosti (inervace svalovch bunk), porozitu materilu a distribuci vody a chemickch ltek ve stn! Biomechanika elastick cvy Vnitn struktura Tunica intima Vizte obrzek . 1 v publikaci ne.

Tunica media Tunica media ShareAlike 2.5 Creative Commons Attribution http://en.wikipedia.org/wiki/File:Anatomy_artery.png G.A. Holzapfel, T.C. Gasser and R.W. Ogden (2000) A new constitutive framework for arterial wall mechanics and a comparative study of material models. Journal of Elasticity, 61:1-48 Tunica adventitia Anatomy overview of a human artery made for PhD project. Maastricht, november 2005. Stijn A.I. Ghesquiere www.applesnail.net (Vpravo) Dva pn ezy stnou lidsk aorty. Mtkov ukazatel udv 100m. Barveno van Gieson. (Jedn se o totonou aortu.) Obrzky vznikly jako vsledky vzkumu a vvoje v Laboratoi biomechaniky lovka stavu mechaniky, biomechaniky a mechatroniky Fakulty strojn VUT v Praze.

Biomechanika elastick cvy Vnitn struktura Histologick ez aorty Prahovn na kolagen Prahovn na jdra SMC Vsledky potaov analzy rozloen kolagennch fibril ve stn aorty. Obrzek ukazuje empirickou hustotu pravdpodobnosti (svisl osa), e v danm smru (vodorovn osa) le kolagenn fibrily. Vsledky byly zskny pomoc programu BinaryDirections 2.1, kter vznikl jako vsledek vzkumu a vvoje v Laboratoi biomechaniky lovka stavu mechaniky, biomechaniky a mechatroniky Fakulty strojn VUT v Praze. Rzn kivky odpovdaj rznmu N, co je parametr vyhodnocovacho algoritmu (m Biomechanika elastick cvy Anizotropie z Anizotropie TA - a]xiln

- obvodov [MPa]] 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 t 0 1 1.05 1.1 1.15 [-]

1.2 1.25 Rzn vlastnosti v rznch smrech jednoos tahov zkouka lidsk aorty. Svisl osa napt, vodorovn osa stretch. Zkouen cva byla tu v axilnm smru (ili podln smr cvy v tle). Obrzek vznikl jako vsledek vzkumu a vvoje v Laboratoi biomechaniky lovka stavu mechaniky, biomechaniky a mechatroniky Fakulty strojn VUT v Praze. Geometrick model cvy trubice vyztuen vlkny vedenmi ve roubovicch. Naznaen vlcov souadn systm. Biomechanika elastick cvy Nelinearita Zvislost - pi jednoos ta]hov zkouce 0.16 0.14 0.12 [MPa]]

0.1 0.08 0.06 0.04 Komplikovan struktura materilu vede k nelinern odezv. Fze deformace: 0.02 2 1 0 1 1.05 1.1 1.15 1.2

1.25 [-] 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 1. rozpltn vlken 2. narovnvn vlken 3. peuspodn vlken 4. protaen vlken 5. Ruptura Biomechanika elastick cvy Viskoelasticita Zvislost na rychlosti deformace. Jednoos tahov zkouka postupn pro frekvence:

10 cykl 1Hz, 10 cykl 2Hz, 10 cykl 5Hz a opakovan 10 cykl 1Hz (lidsk aorta). Pi frekvenci zatovn 5Hz dochz k vznamnmu nrstu hodnot napt (svisl osa). Pekmitnut do zpornch hodnot je zpsobeno setrvanmi efekty. Vsledek vzkumu a vvoje v Laboratoi biomechaniky lovka stavu mechaniky, Biomechanika elastick cvy Mullinsv efekt inelasticita Mullins efekt pomoc Google books nhled do Elasticity and inelasticity of rubber, in Mechanic and Thermomechanics of Rubberlike Solids (edited by G. Saccomandi and R.W. Ogden), pp. 135-185. CISM Courses and Lectures Series 452, Springer, Wien (2004). Mullinsv efekt - vzorek 3 (TAA) 0.7 0.6 [MPa]] 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0

1 1.05 1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 [-] Inelastick stress softening (snen hodnoty napt pi opakovanm zatovn na ji dve dosaenou hodnotu deformace tzv. Mullinsv efekt) pi cyklick jednoos tahov zkouce lidsk hrudn aorty. TAA hrudn aorta axiln vzorek, TAO hrudn aorta obvodov vzorek. Tyto obrzky vznikly jako vsledek vzkumu a vvoje v Laboratoi biomechaniky lovka

stavu mechaniky, biomechaniky a mechatroniky Fakulty strojn VUT v Praze. Biomechanika elastick cvy Preconditioning inelasticita Uniaxial tension - aorta 0.3 stress s [MPa] 1st cycle 0.25 0.2 2nd cycle 10th cycle 0.15 g din a Lo

0.1 ing d loa n U 0.05 stretch [1] 0 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

0.3 Vsledek jednoos tahov zkouky se vzorkem lidsk hrudn aorty (svisl osa napt, vodorovn osa pomrn prodlouen = l/l0). Mechanicky stabiln odezvy (opakovateln) je dosaeno a po nkolika cyklech. I pesto e byl vzorek cyklovn 10x stle je patrn rozdl mezi zatovn a odlehovnm, co znamen, e chovn nen elastick, ale dochz k disipaci energie. Obrzek vznikl jako vsledek vzkumu a vvoje v Laboratoi biomechaniky lovka stavu mechaniky, biomechaniky a mechatroniky Fakulty strojn VUT v Praze. Biomechanika elastick cvy Vlastnosti jednotlivch vrstev Samozejm e mechanick odezva cvy jako celku je

determinovna vlastnostmi jednotlivch komponent (elastin, kolagen, proteoglykanov matrix, SMC). Ty jsou v kad vrstv uspodny rzn, tud i vlastnosti jednotlivch vrstev se rzn Podrobnj vklad s obrzky naleznete nap. v: G.A. Holzapfel and R.W. Ogden (eds.) "Biomechanical Modeling at the Molecular, Cellular and Tissue Levels", CISM Courses and Lectures No. 508. Springer: Wien, New York, 2009. Aktivn zmna odezvy SMC krtkodob (nafukovn trubice) Inflan test Biomechanika elastick cvy Maximln kontrakce napklad po podn norepinefrinu cva je nejtu Bazln

tonus Maximln dilatace Tahov zkouka napklad po podn papaverinu cva je nejpoddajnj SMC=Smooth Muscle Cell Upraveno podle: P. Fridez, A. Makino, D. Kakoi, H. Miyazaki, J.-J. Meister, K. Hayashi and N. Stergiopulos 2002 Adaptation of Conduit Artery Vascular Smooth Muscle Tone to Induced Hypertension Annals of Biomedical Engineering 30:7, 905 916. Biomechanika elastick cvy Dlouhodob zmna odezvy aging a remodelace Remodelace cvy v prbhu ivota jednoos tahov zkouka. Cva se postupn vyztuuje (pedevm dky glykaci kolagen a aterosklerze). Obrzky vznikly jako vsledek vzkumu a vvoje v Laboratoi biomechaniky lovka stavu mechaniky Fakulty strojn VUT v Praze. Biomechanika elastick cvy

Remodelace indukovan hypertenz Vliv dlouhodob hypertenze na mechanickou odezvu u krys karotidy Maximln kontrakce napklad po podn norepinefrinu cva je nejtu Bazln tonus Maximln dilatace napklad po podn papaverinu cva je nejpoddajnj Upraveno podle: P. Fridez, A. Makino, D. Kakoi, H. Miyazaki, J.-J. Meister, K. Hayashi and N. Stergiopulos 2002 Adaptation of Conduit Artery Vascular Smooth Muscle Tone to Induced Hypertension Annals of Biomedical Engineering 30:7, 905 916. Biomechanika elastick cvy Konstitutivn model z Zaloen na energetickm popisu

Ve shod s 1. (resp. 2.) termodynamickm principem Kompozitn materil ECM (proteoglykany) vyztuen vlkny (kolagen, elastin) Porzn materil s redistribuc kapaliny uvnit Krtkodob zmna vlastnost v ase (aktivace hladkho svalstva) Evoluce vlastnost v ase (dlouhodob remodelace) t Zvr V ppad dotaz a nejasnost kontaktujte autora. Takt, prosm, kontaktujte autora v ppad, e zjistte, e dolo ke zmnm pravy autorskch prv u pouitch obrzk, aby mohl zjednat npravu. Pokud se pi prohlen nhodou stane, e na strnkch, na n tato prezentace odkazuje, nenaleznete obsah, kter byste ekali, pijmte prosm autorovu omluvu. Obsah je aktuln k prosinci 2009. Lukas.Horny(at)fs.cvut.cz

Recently Viewed Presentations

  • From FIE to PLAAFPs to IEP's - Julious Morris Educational ...

    From FIE to PLAAFPs to IEP's - Julious Morris Educational ...

    Vineland Adaptive Behavior Scales (2nd ed.) (Vineland-II) Gray Oral Reading Test-Fourth Edition (GORT-4) Cognitive academic language proficiency (CALP) Basic interpersonal communicative skills (BICS) Cognitive Abilities Tests (CogAT) Multidimensional Aptitude Battery (MAB) Brigance Comprehensive Inventory of Basic Skills. More…
  • U.S. General Services Administration Federal Acquisition Service Federal

    U.S. General Services Administration Federal Acquisition Service Federal

    PPM National Footprint. How We Measure Success. FY17 Results: Facilitated the reutilization and donation of over $1.6B in excess personal property. 83% of total proceeds reimbursed to agencies. Achieved one of the highest customer loyalty scores in the Federal Acquisition...
  • Smartfind Express

    Smartfind Express

    Personal/Family Illness Personal Business (Must have Supervisor Approval)-see next slide for further information Death in Family (employees are allowed up to 10 days; refer to the online district policy) Vacation/Non-Work Days (Must have Supervisor Approval) Jury Duty/Subpoena (requires proof of...
  • An Introduction to Research Methods Marketing research provides

    An Introduction to Research Methods Marketing research provides

    Examples include: AMA's Notre Dame School of Marketing Research, Burke Institute, Advertising Research Foundation seminars, etc. Ethics and Marketing Research AMA Code of Ethics Prohibits selling (sugging) or fund raising (frugging) under the guise of conducting research Maintaining research integrity...
  • Video Welcome to a New Workday! TAMU- Committee

    Video Welcome to a New Workday! TAMU- Committee

    Training Development is Underway. Work is underway to develop the training materials that each of our most impacted groups will use this fall. For our full time HR, Payroll and Benefits employees, 4.5 hours of elearning will be reinforced through...
  • Thermal Methods - Pace University

    Thermal Methods - Pace University

    This method is sensitive to endothermic and exothermic processes including: phase transitions Dehydration decomposition Redox solid-state reactions Differential Scanning Calorimetry (DSC) Differential scanning calorimetry independently measures the rate of heat flow to a sample and a standard that are at...
  • Ground-based observations of Io in 1999

    Ground-based observations of Io in 1999

    Loki, Ulgen, Amaterasu checked and also OK Pele areal rates (m2/s) were too high as published by factor of ~12 Caused by wrong scale factor in IRIS FOV (or equivalently distance) Affects rates, but not time scales (which only depend...
  • cnis - OASIS Events

    cnis - OASIS Events

    全国电子业务标准化技术委员会. 对口联络. iso/tc154 " 行政、商业和运输业中的过程、数据元和单证" un/cefact " 联合国贸易程序简化与电子业务中心"